Structural and functional insights into the inhibition of human voltage-gated sodium channels by μ-conotoxin KIIIA disulfide isomers.
Structural and functional insights into the inhibition of human voltage-gated sodium channels by μ-conotoxin KIIIA disulfide isomers.
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DOI：
10.1016/j.jbc.2022.101728
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发表时间：
2022-03
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Schroeder CI
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tran HNT;McMahon KL;Deuis JR;Vetter I;Schroeder CI
μ-芋螺毒素是锥螺毒液的成分，因其通过有效抑制电压门控钠通道 (NaV) 亚型（包括 NaV1.7）而具有镇痛活性而闻名。这些富含二硫键的小肽通常通过以二硫键连接的“天然”CysI-CysIV、CysII-CysV、CysIII-CysVI 模式排列的三个二硫键来稳定。然而，μ-芋螺毒素 KIIIA 是最小且研究最多的μ-芋螺毒素，在 NaV1.7 下具有抑制活性，在热力学氧化折叠过程中形成两种不同的二硫键异构体，包括异构体 1（CysI-CysV、CysII-CysIV、CysIII-CysVI）和异构体 2（CysI-CysVI、CysII-CysIV、 CysIII-CysV)，但不是天然的 μ-芋螺毒素排列。迄今为止，还没有关于包含天然μ-芋螺毒素二硫键排列的KIIIA的结构和活性的研究。在这里，我们评估了 KIIIA 三种异构体的合成、效力、钠通道亚型选择性和 3D 结构。使用区域选择性二硫键形成策略，我们合成产生了三种 μ-芋螺毒素 KIIIA 异构体，它们在人类 NaV 通道亚型 1.2、1.4 和 1.7 中表现出不同的生物活性和 NaV 亚型选择性。我们发现，异构体 1 抑制 NaV 亚型的效力顺序为 NaV1.4 > 1.2 > 1.7，异构体 2 的抑制顺序为 NaV1.4 ≈ 1.2 > 1.7，而天然异构体抑制 NaV1.4 > 1.7 ≈ 1.2。通过NMR溶液结构分析和与hNaV1.2的分子对接进一步评估了三种KIIIA异构体。我们的研究强调了研究替代二硫键异构体的重要性，因为二硫键连通性不仅影响肽的整体结构，还影响针对治疗相关 NaV 亚型的 μ-芋螺毒素的效力和亚型选择性。
μ-Conotoxins are components of cone snail venom, well-known for their analgesic activity through potent inhibition of voltage-gated sodium channel (NaV) subtypes, including NaV1.7. These small, disulfide-rich peptides are typically stabilized by three disulfide bonds arranged in a ‘native’ CysI-CysIV, CysII-CysV, CysIII-CysVI pattern of disulfide connectivity. However, μ-conotoxin KIIIA, the smallest and most studied μ-conotoxin with inhibitory activity at NaV1.7, forms two distinct disulfide bond isomers during thermodynamic oxidative folding, including Isomer 1 (CysI-CysV, CysII-CysIV, CysIII-CysVI) and Isomer 2 (CysI-CysVI, CysII-CysIV, CysIII-CysV), but not the native μ-conotoxin arrangement. To date, there has been no study on the structure and activity of KIIIA comprising the native μ-conotoxin disulfide bond arrangement. Here, we evaluated the synthesis, potency, sodium channel subtype selectivity, and 3D structure of the three isomers of KIIIA. Using a regioselective disulfide bond-forming strategy, we synthetically produced the three μ-conotoxin KIIIA isomers displaying distinct bioactivity and NaV subtype selectivity across human NaV channel subtypes 1.2, 1.4, and 1.7. We show that Isomer 1 inhibits NaV subtypes with a rank order of potency of NaV1.4 > 1.2 > 1.7 and Isomer 2 in the order of NaV1.4≈1.2 > 1.7, while the native isomer inhibited NaV1.4 > 1.7≈1.2. The three KIIIA isomers were further evaluated by NMR solution structure analysis and molecular docking with hNaV1.2. Our study highlights the importance of investigating alternate disulfide isomers, as disulfide connectivity affects not only the overall structure of the peptides but also the potency and subtype selectivity of μ-conotoxins targeting therapeutically relevant NaV subtypes.
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影响因子：
2.2
作者：
Barton, ME;White, HS
通讯作者：
White, HS
影响因子：
3
作者：
Eliasen, Rasmus;Andresen, Thomas L.;Conde-Frieboes, Kilian W.
通讯作者：
Conde-Frieboes, Kilian W.
DOI：
10.1073/pnas.062565599
发表时间：
2002-05-14
影响因子：
11.1
作者：
Bayburt, TH;Sligar, SG
通讯作者：
Sligar, SG
影响因子：
4.8
作者：
Deuis, Jennifer R.;Dekan, Zoltan;Vetter, Irina
通讯作者：
Vetter, Irina
影响因子：
4.7
作者：
Agwa, Akello J.;Blomster, Linda, V;Schroeder, Christina, I
通讯作者：
Schroeder, Christina, I